Kalkulator STP: Hukum Gas Ideal (PV = nRT)

Kalkulator hukum gas ideal mencari tekanan, isipadu, suhu atau jumlah gas menggunakan persamaan PV = nRT. Pengguna memasukkan mana-mana tiga daripada empat nilai, kemudian kalkulator menyelesaikan nilai yang tiada.

Apakah STP?

STP ialah singkatan bagi Suhu dan Tekanan Piawai. Ia merupakan titik rujukan tetap yang digunakan dalam kimia supaya ukuran gas daripada eksperimen yang berbeza dapat dibandingkan secara setara. Kalkulator ini mentakrifkan STP sebagai 0 °C (273.15 K) dan tekanan sebanyak 1 atmosfera (atm), iaitu konvensyen lama yang masih digunakan dalam kebanyakan buku teks. IUPAC telah menggunakan tekanan piawai yang berbeza sejak 1982: 0 °C dan 100 kPa, yang sedikit lebih rendah daripada 1 atm (101.325 kPa).

Formula hukum gas ideal

Hukum gas ideal ialah:

PV = nRT

Setiap huruf mewakili satu sifat gas:

• P ialah tekanan, dalam atmosfera (atm)
• V ialah isipadu, dalam liter (L)
• n ialah jumlah gas dalam mol (mol)
• T ialah suhu, dalam kelvin (K)
• R ialah pemalar gas. Kalkulator ini menggunakan R = 0.0820574 L·atm/(mol·K)

Pemalar gas mempunyai nilai tepat dalam unit SI: R = 8.31446261815324 J/(mol·K). Satu atmosfera piawai juga mempunyai nilai tepat, iaitu 101,325 Pa. Membahagikan satu nilai dengan nilai yang lain menukarkan R kepada unit yang digunakan oleh kalkulator ini: 8.31446261815324 ÷ 101.325 = 0.08205736608 L·atm/(mol·K). Banyak buku teks membundarkan nilai ini kepada 0.08206, yang mengubah keputusan kira-kira 0.003%.

Suhu mestilah dalam kelvin supaya persamaan ini dapat digunakan. Kalkulator meminta suhu dalam Celsius dan menukarkannya secara dalaman dengan menambah 273.15 (K = °C + 273.15).

Cara mengira tekanan, isipadu, suhu atau mol

Persamaan ini boleh disusun semula untuk menyelesaikan mana-mana nilai yang tidak diketahui.

• Tekanan: P = nRT / V
• Isipadu: V = nRT / P
• Suhu: T = PV / (nR), kemudian keputusan dalam kelvin ditukarkan semula kepada Celsius
• Mol: n = PV / (RT)

Untuk menggunakan kalkulator, pilih nilai yang hendak dicari, kemudian isikan tiga medan yang lain. Tekanan, isipadu dan mol mestilah masing-masing lebih besar daripada sifar. Suhu mestilah melebihi sifar mutlak, -273.15 °C.

Contoh: mencari tekanan pada STP

Satu sampel gas mempunyai 1 mol (n = 1), isipadu 22.4 liter (V = 22.4 L) dan suhu 0 °C, yang bersamaan dengan 273.15 K.

P = nRT / V P = (1 × 0.0820574 × 273.15) / 22.4 P = 1.0006 atm

Keputusan itu hampir dengan 1 atm, seperti yang dijangka: satu mol gas ideal menempati kira-kira 22.4 liter pada STP.

Contoh: mencari isipadu

Satu sampel gas mempunyai 1 mol (n = 1), tekanan 1 atm dan suhu 25 °C, yang bersamaan dengan 298.15 K.

V = nRT / P V = (1 × 0.0820574 × 298.15) / 1 V = 24.4654 L

Isipadu itu lebih besar daripada pada STP kerana suhunya lebih tinggi.

Asal usul formula

Hukum gas ideal menggabungkan tiga hubungan yang lebih awal. Hukum Boyle menerangkan bagaimana tekanan dan isipadu berubah bersama apabila suhu kekal tetap. Hukum Charles menerangkan bagaimana isipadu dan suhu berubah bersama apabila tekanan kekal tetap. Hukum Avogadro menerangkan bagaimana isipadu berubah berkadaran dengan jumlah gas apabila tekanan dan suhu kekal tetap. Gabungan ketiga-tiganya menghasilkan PV = nRT.

Apabila hukum gas ideal tepat

Hukum gas ideal menganggap zarah gas sebagai titik yang tidak saling menarik atau menolak. Gas sebenar hanya berkelakuan sedemikian dalam keadaan tertentu. Formula ini paling tepat pada tekanan rendah dan suhu tinggi, jauh daripada keadaan apabila gas bertukar menjadi cecair. Pada tekanan yang sangat tinggi atau suhu yang sangat rendah, tingkah laku gas sebenar menyimpang daripada formula, maka keputusannya menjadi kurang tepat.

Kegunaan umum

Pelajar kimia menggunakan hukum gas ideal untuk menyemak masalah dalam buku teks dan makmal. Pekerja makmal menggunakannya untuk menghubungkan tekanan, isipadu dan suhu sampel gas semasa eksperimen. Jurutera menggunakannya untuk membuat anggaran awal dalam tugas seperti menentukan kapasiti penyimpanan gas atau meramalkan perubahan isipadu gas mengikut suhu.

Soalan lazim

Apakah pemalar gas R?

R ialah 0.0820574 L·atm/(mol·K) apabila tekanan diukur dalam atmosfera dan isipadu dalam liter. Pemalar yang sama ialah 8.31446261815324 J/(mol·K) dalam unit SI, iaitu nilai yang ditetapkan secara tepat oleh semakan 2019 SI.

Adakah kalkulator menggunakan suhu dalam Celsius atau kelvin?

Kalkulator ini menggunakan Celsius. Kalkulator menukarkan nilai itu kepada kelvin secara automatik sebelum menyelesaikan persamaan.

Mengapakah suhu mesti melebihi -273.15 °C?

-273.15 °C, atau 0 K, ialah sifar mutlak, iaitu suhu paling rendah yang boleh wujud. Hukum gas ideal tidak ditakrifkan di bawah suhu tersebut.

Apakah Suhu dan Tekanan Piawai (STP)?

STP ialah 0 °C (273.15 K) dan 1 atm. Ia memberikan titik rujukan bersama kepada ahli sains untuk membandingkan ukuran gas.

Berapakah isipadu yang dipenuhi satu mol gas pada STP?

22.4140 liter pada 0 °C dan 1 atm. Menetapkan kalkulator untuk menyelesaikan isipadu dengan n = 1 mol, P = 1 atm dan T = 0 °C menghasilkan angka tersebut, yang sepadan dengan isipadu molar gas ideal yang diterbitkan.

Bolehkah tekanan, isipadu atau mol bernilai sifar atau negatif?

Tidak. Sampel gas tidak boleh mempunyai tekanan, isipadu atau jumlah yang sifar atau negatif, jadi kalkulator memerlukan setiap medan ini diisi dengan nilai lebih besar daripada sifar.